buck电路设计
开关直流降压电源(BUCK)设计
开关直流降压电源(BUCK)设计摘要随着电子技术的高速发展，电子系统的应用领域越来越广泛，电子设备的种类也越来越多，电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切。
近年来，随着功率电子器件(如IGBT、MOSFET)、PWM技术以及电源理论发展，新一代的电源开始逐步取代传统的电源电路。
该电路具有体积小，控制方便灵活，输出特性好、纹波小、负载调整率高等特点。
开关电源中的功率调整管工作在开关状态，具有功耗小、效率高、稳压范围宽、温升低、体积小等突出优点，在通信设备、数控装置、仪器仪表、视频音响、家用电器等电子电路中得到广泛应用。
开关电源的高频变换电路形式很多, 常用的变换电路有推挽、全桥、半桥、单端正激和单端反激等形式。
本论文采用双端驱动集成电路——TL494输的PWM脉冲控制器设计开关电源，利用MOSFET 管作为开关管，可以提高电源变压器的工作效率，有利于抑制脉冲干扰，同时还可以减小电源变压器的体积。
关键词：直流，降压电源,TL494,MOSFET1目录摘要 (1)Abstract........................................................... ........ 错误！未定义书签。
1.方案论证与比较 (4)1.1 总方案的设计与论证 ...................................... 错误！未定义书签。
1.2 控制芯片的选择 (4)1.3 隔离电路的选择 .............................................. 错误！未定义书签。
2. BUCK电路工作原理 ......................................... 错误！未定义书签。
3. 控制电路的设计及电路参数的计算 ................ 错误！未定义书签。
3.1 TL494控制芯片................................................ 错误！未定义书签。
buckboost电路参数设计
buckboost电路参数设计1.引言1.1 概述概述部分的内容：引言部分将对buckboost电路的概念和工作原理进行简要介绍。
buckboost电路是一种常用的直流-直流（DC-DC）转换电路，能够实现电压降低（buck）或增加（boost）功能。
它通过在输入和输出之间使用一对开关器件和电感来实现对电压的变换。
相比于其他转换电路，buckboost电路具有更广泛的应用领域和更高的功率转换效率。
在本文中，将重点讨论buckboost电路的参数设计。
参数设计是指在设计过程中确定电路的元件数值，以满足给定的输入电压和输出电压条件，并确保电路的稳定性和可靠性。
参数设计是设计工程师需要考虑的关键问题，它直接影响到电路性能和工作效果。
本文将详细介绍buckboost电路的参数设计要点。
首先，将介绍电路的基本原理和工作模式，以便读者更好地理解参数设计的背景和需求。
其次，将分析参数设计中需要考虑的关键因素，如输入电压范围、输出电压稳定性、电感和开关器件的选取等。
此外，还将介绍一些常用的参数设计方法和技巧，以帮助读者更好地进行电路设计和优化。
通过本文的阅读和学习，读者将能够全面了解buckboost电路的参数设计要点，并具备进行实际设计工作的基础知识和技能。
本文的内容将为设计工程师提供有价值的参考和指导，促进buckboost电路设计的发展和优化。
1.2文章结构1.2 文章结构本长文旨在介绍和探讨buckboost电路参数设计的要点。
文章将分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分将首先对文章进行概述，简要介绍buckboost电路的背景和应用。
接着，阐述文章的结构，即介绍各个章节的主要内容和目的。
正文部分将详细介绍buckboost电路的基本原理和工作方式。
同时，重点关注buckboost电路参数设计的要点，包括输入电压范围、输出电压范围、电流要求、效率要求等。
通过深入分析这些参数设计要点，读者将能够了解如何根据具体需求来优化buckboost电路的设计。
buck电路环路参数设计
buck电路环路参数设计一、引言在电子工程中，Buck电路是一种常见的电源转换电路，广泛应用于各种电子设备中。
其工作原理是将输入电压的一部分转换成较低的输出电压。
对于Buck电路的设计，环路参数设计是其核心部分，直接影响电路的性能和稳定性。
二、环路参数设计1.电感的选择：电感是Buck电路中重要的元件，它能够抑制电流的波动，同时对交流信号进行过滤。
电感的选取需要考虑电路的工作频率、输入电压、输出电压以及负载变化等因素。
一般来说，电感值越大，电路的抗干扰能力越强，但也会增加电路的体积和重量。
因此，需要根据实际情况进行权衡。
2.电容的选择：电容在Buck电路中扮演着重要的角色，它可以滤除高频噪声，提高电路的稳定性。
电容的选取需要考虑电路的工作频率、输入电压、输出电压以及负载变化等因素。
同时，电容的耐压值也需要考虑，避免因过压损坏电容。
3.电阻的选择：电阻在Buck电路中主要用于调整输出电压和限制电流。
电阻的选取需要考虑电阻值的大小、功率以及电路的工作环境等因素。
电阻值过大，可能导致输出电压波动大，影响电路的性能；电阻值过小，可能导致电路发热严重，影响电路的稳定性。
三、设计实例假设我们设计一个用于手机电池充电的Buck电路，我们需要考虑以下环路参数：输入电压为3.7V，输出电压为3V，工作频率为1MHz，负载变化范围为5%-10%。
根据这些参数，我们可以进行以下设计：1.电感选择：根据工作频率和输入电压，我们选择电感值为5mH。
2.电容选择：由于工作频率较低，我们选择1uF的电容，并确保其耐压值能够承受输入电压和输出电压的叠加。
3.电阻选择：我们选择一个可调电阻，用于调整输出电压，使其在5%-10%的负载范围内保持稳定。
初始时，将电阻调至最大值，然后逐渐减小电阻值，直到达到最佳输出电压。
同时，为了限制电流，我们选择一个适当的限流电阻。
四、结论通过以上设计步骤和方法，我们可以成功地设计出一个性能稳定、体积轻便的Buck电路。
buck电路设计原则
buck电路设计原则Buck电路，也称为降压电路，是一种常见的开关电源拓扑结构，用于将输入电压降低到较低的输出电压。
以下是设计Buck电路时应考虑的一些基本原则：1.选择合适的元件：选择适当的功率开关器件（如MOSFET）、电感和电容是设计中的关键步骤。
这些元件的选取会影响电路的效率、稳定性和功率处理能力。
2.控制电路设计：选择合适的控制方案，如电压模式控制（Voltage Mode Control）或当前模式控制（Current Mode Control）。
电压模式控制通常用于轻负载条件，而当前模式控制则对于大范围负载变化具有更好的响应。
3.反馈回路设计：设计准确的反馈回路以确保输出电压的稳定性。
这可能包括使用反馈电压调节器、误差放大器和比较器等元件。
4.过电流和过温度保护：考虑加入过电流保护和过温度保护电路，以防止电路元件受损。
5.EMI和滤波设计：由于开关电源可能引起电磁干扰（EMI），设计中需要采取措施来降低这些干扰。
这可能包括使用滤波器和合适的线路布局。
6.稳定性分析：进行控制环路稳定性分析，以确保电路在各种工作条件下都能保持稳定。
这通常需要考虑控制环路的相位和幅度裕度。
7.效率优化：设计时需要考虑电路的整体效率。
这可能包括最小化开关损耗、导通损耗以及减小其他电源损耗。
8.温度管理：确保电路元件在正常工作条件下的温度不超过其规定的极限，可以通过选择合适的散热器和热管理方案来实现。
9.输入输出电容选择：选择合适的输入和输出电容以实现足够的滤波和稳压效果。
10.负载变化响应：考虑负载变化时电路的响应速度，确保在快速变化的负载条件下仍能维持稳定的输出。
在设计Buck电路时，综合考虑上述原则可以帮助确保电路的性能、稳定性和可靠性。
最终的设计选择将取决于特定的应用和要求。
buck降压电路设计
buck降压电路设计Buck降压电路是一种常见的电源电路，被广泛应用于各种电子设备中，如手机、电脑、电视等。
它通过降低输入电源的电压，得到所需的输出电压，以满足电子设备的工作要求。
在本篇文章中，我们将详细介绍Buck降压电路的设计原理和步骤。
让我们来了解Buck降压电路的基本工作原理。
Buck电路通常由输入电压源、功率开关、电感、二极管和负载组成。
其中，功率开关可以是MOSFET或BJT，用于控制电路的通断状态。
输入电压通过功率开关和电感形成一个电流环路，通过电流环路的开关控制，可以改变电路中电感的导通和断开状态，从而实现对输出电压的控制。
通过调节电流环路的开关频率，可以实现输出电压的稳定。
接下来，我们将详细介绍Buck降压电路的设计步骤。
1. 确定输出电压要求：我们需要确定所需的输出电压。
根据实际应用需求，确定输出电压的数值和精度要求。
2. 选择功率开关元件：根据所需输出电压和负载电流的要求，选择适当的功率开关元件。
常用的功率开关有MOSFET和BJT两种，根据实际应用需求选取合适的型号。
3. 计算电感和电容数值：根据所选功率开关元件的参数，以及设计输出电压和负载电流的要求，计算电感和电容的数值。
电感和电容的数值选择对输出电压的稳定性有很大影响。
4. 确定开关频率：开关频率也是Buck降压电路设计中非常重要的一个参数。
开关频率的选择要考虑输出电压稳定性、功率开关元件的性能和电路的EMI（电磁干扰）等方面。
5. 设计反馈回路：反馈回路用于检测输出电压，并根据需要进行调节。
常用的反馈回路有电压反馈和电流反馈两种。
根据设计需求，选择合适的反馈回路，并进行设计。
6. 进行仿真和优化：在设计完成后，可以进行电路的仿真和优化。
利用电路仿真软件，对电路进行模拟，验证设计的可行性和稳定性。
如果有必要，可以进一步对电路参数进行调整和优化。
7. PCB布局与焊接：将设计好的电路布局在PCB板上，并进行焊接和连线。
Buck电路的闭环设计及仿真分析
Buck电路的闭环设计及仿真分析一、本文概述随着电力电子技术的飞速发展，电源转换技术已成为现代电子设备不可或缺的一部分。
其中，Buck电路作为一种基本的直流-直流（DC-DC）转换器，因其结构简单、效率高、调节范围宽等优点，在电子设备中得到了广泛应用。
然而，为了确保Buck电路在各种环境和负载条件下的稳定性和高效性，闭环设计显得尤为重要。
本文旨在探讨Buck电路的闭环设计方法，并通过仿真分析验证设计的有效性。
文章首先简要介绍了Buck电路的基本原理和应用背景，然后重点阐述了闭环设计的重要性及常用方法。
在闭环设计部分，文章详细分析了反馈网络的选取、控制策略的制定以及功率级和控制级的协同工作等问题。
同时，结合具体的设计实例，阐述了闭环设计在实际应用中的具体实现过程。
为了验证设计的有效性，文章采用了仿真分析的方法。
通过搭建基于MATLAB/Simulink的仿真模型，对设计的Buck闭环电路进行了全面的仿真分析。
仿真结果证明了闭环设计的有效性，同时也为实际电路的制作和调试提供了重要参考。
文章对闭环设计的Buck电路进行了总结，并指出了未来研究方向和潜在的应用前景。
通过本文的研究，旨在为从事电源转换技术研究和应用的工程师和学者提供有益的参考和启示。
二、Buck电路的基本原理Buck电路，也称为降压转换器，是一种基本的直流-直流（DC-DC）转换电路，其主要功能是将较高的直流电压降低到所需的较低直流电压。
其名称来源于电路中开关元件（如MOSFET或晶体管）的操作，类似于"bucking"（减少或抑制）输入电压。
Buck电路的基本构成包括一个开关（通常是MOSFET），一个电感（或称为线圈），一个二极管（也称为整流器或续流二极管），以及一个输出电容器。
在开关打开时，电流通过电感从输入源流向输出，此时电感储存能量。
当开关关闭时，电感释放其储存的能量，通过二极管向输出电容器和负载供电。
Buck电路的工作原理基于电感的电压-电流关系。
BUCK电路方案设计
BUCK电路方案设计在电子领域中，BUCK电路是一种非常常见且重要的电路方案。
BUCK电路是一种降压型DC-DC转换器，也被称为降压开关电源。
它通过将输入电压降低到一个较低的输出电压来实现电源调节功能。
BUCK电路的工作原理是，当开关管导通时，输入电压源通过电感和开关管输出到输出电容上，输出电压上升。
当开关管截止时，电感中的能量继续通过电容供应负载，输出电压下降。
通过这种方式，BUCK电路能够稳定地将输入电压变为较低的输出电压。
1.确定输入和输出电压要求：根据具体应用需求确定输入和输出电压范围。
在此基础上，选择合适的开关管和电感。
2.计算工作频率：选择合适的工作频率，一般常见的有几十kHz到几MHz的范围。
工作频率的选择要平衡转换效率和滤波器尺寸。
3.计算电感和电容值：根据输入和输出电压范围，使用以下公式计算电感和电容值：电感值（L）=（输出电压/工作频率）*（输入电压-输出电压）/输出电流电容值（C）=输出电流/（工作频率*最大纹波电压）4.根据负载要求计算开关管的最大电流和功耗：通过确定负载电流以及开关管的最大导通时间和导通电阻，计算开关管的最大电流和功耗。
5.添加反馈控制：为了实现稳定的输出电压，需要使用反馈控制回路。
一般采用PID控制，通过调节开关管的导通时间来实现输出电压的调节。
6.性能评估和优化：通过仿真和实验评估BUCK电路的性能，包括效率、稳定性和纹波等。
根据评估结果进行优化，例如选择更合适的元件、调整控制参数等。
总之，BUCK电路是一种常用且重要的电路方案，适用于很多应用场景。
通过合理的设计和优化，可以实现稳定、高效的输出电压。
在实际应用中，还需考虑元件的选取、温度变化等因素，并根据具体需求进行优化调整，以实现最佳的电路性能。
基于BUCK电路电压模式的反馈环路设计
基于BUCK电路电压模式的反馈环路设计引言：BUCK电路，又称降压电路，是一种常用的DC-DC转换器，可以实现将高电压降低到较低电压的功能。
在电压模式的反馈环路设计中，我们通过对输入电压和输出电压的反馈进行比较和调节，来实现稳定的输出电压。
本文将详细介绍基于BUCK电路的电压模式反馈环路设计的原理和实现。
一、BUCK电路及其工作原理BUCK电路由输入电压Vi、开关管、二极管和输出电压Vo组成。
开关管和二极管周期性地开关应用于电感上的电流，从而实现输入电压的变换和输出电压的降低。
BUCK电路的工作原理如下：1.当开关管开启时，输入电压经过电感传递到输出端，此时电感上产生磁场，存储着能量。
2.当开关管关闭时，存储在电感中的能量被释放，流过负载。
3.通过控制开关管的导通和关闭时间，可以实现对输出电压的调节。
二、电压模式反馈环路的设计原理电压模式反馈环路的设计旨在实现输出电压的稳定性。
其基本原理如下：1.采集输出电压信号：通过反馈电路，将输出端的电压信号转化为对应的电压。
这个电压与跟踪目标电压误差成正比。
2.误差放大器：将误差信号与一个参考电压进行比较，产生一个调节信号。
这个信号控制着开关管的开关时间。
3.脉宽调制器：脉宽调制器根据调节信号，通过调整开关管的导通时间和关闭时间，来控制输出电压的变化。
4.稳定输出电压：根据调节信号的调整，可以保持输出电压的稳定性，实现与输入电压的变化无关的电压输出。
三、BUCK电路电压模式反馈环路设计步骤1.设计输出电压参考电压产生模块：根据需要设计一个能产生参考电压的电路模块。
这个参考电压将用于与输出电压进行比较，产生误差信号。
2.设计误差放大器：误差放大器将输出电压与参考电压进行比较，并放大误差信号。
设计误差放大器的参数时，需要根据系统的要求和输入输出电压的范围来选择合适的参数。
3.设计脉宽调制器：脉宽调制器根据误差放大器的输出，通过调整开关管的开关时间，来实现输出电压的稳定。
buck降压电路设计
buck降压电路设计摘要：1.Buck 降压电路的简介和设计目的2.Buck 降压电路的输出电压和常见系统工作电压3.推荐的芯片方案4.避免局限于特定型号的建议正文：一、Buck 降压电路的简介和设计目的Buck 降压电路，又称为降压稳压电路，是一种基于开关管工作的电源电路。
其主要目的是将较高的输入电压转换为较低的输出电压，以满足不同电子设备的电源需求。
在设计Buck 降压电路时，需要考虑输入电压、输出电压、电流和效率等因素。
二、Buck 降压电路的输出电压和常见系统工作电压Buck 降压电路的输出电压通常为5V、3.3V 等常见系统工作电压。
这些电压是许多电子设备和芯片的典型工作电压，如微控制器、传感器和无线通信模块等。
设计Buck 降压电路时，需要根据具体应用场景选择合适的输出电压。
三、推荐的芯片方案在设计Buck 降压电路时，有许多优秀的芯片可供选择。
除了常见的LM2596 和XL40XX 等型号外，还可以考虑以下芯片方案：1.德州仪器（TI）的LM 系列：如LM2586、LM2596 等，这些芯片具有优秀的性能和稳定性。
2.安森美半导体（ADI）的Power by Linear 系列：如LTC3822、LTC3823 等，这些芯片在效率和负载调整率方面表现出色。
3.美台科技（MPS）的MP 系列：如MP1584、MP1585 等，这些芯片在轻载和重载条件下均能保持较高的效率。
四、避免局限于特定型号的建议在选择Buck 降压电路的芯片时，应避免局限于特定型号。
不同芯片在性能、成本和可用性等方面可能存在差异，因此需要根据实际应用需求和设计要求进行权衡。
在选型过程中，可以参考以下原则：1.评估芯片的基本性能参数，如输出电压、电流、效率和负载调整率等。
2.考虑芯片的成本和供应情况，以确保供应链的稳定和成本的可控。
3.参考其他工程师的经验和评价，了解芯片在实际应用中的表现和潜在问题。
总之，Buck 降压电路设计需要综合考虑输入电压、输出电压、电流和效率等因素，选择合适的芯片方案。
BUCK电路方案设计
BUCK电路方案设计首先，需要明确设计目标，包括输出电压、输出电流和效率等。
根据这些目标，可以选择合适的BUCK拓扑和控制方式。
常见的BUCK拓扑有两种：非同步BUCK和同步BUCK。
非同步BUCK拓扑简单，成本较低，但效率较低；同步BUCK拓扑效率较高，但成本较高。
根据实际需求选择合适的拓扑。
控制方式主要分为开关控制和电流控制两种。
开关控制是通过PWM信号控制开关管的开关时间来调节输出电压；电流控制是通过测量和控制输出电流来实现稳定输出。
根据应用场景选择合适的控制方式。
在选择拓扑和控制方式时，还需要考虑输入电压范围、输出电流范围和负载变化等因素。
根据这些因素，可以确定合适的电源和开关管。
接下来，需要设计反馈控制回路，以确保输出电压的稳定性。
通常使用PID控制算法来控制输出电压。
PID控制器的设计需要根据具体情况进行参数调整。
在设计电路时，需要考虑电路的稳定性和抗干扰能力。
可以采用隔离设计或添加滤波电路来减小噪声和干扰。
同时，需要进行电路参数的计算和模拟仿真。
通过计算和仿真可以验证电路方案的可行性，并优化电路参数和控制策略。
在确定了最终的电路方案后，还需要进行实际的电路搭建和调试。
可以通过实验验证电路的性能和稳定性，并根据实际情况进行调整和改进。
最后，需要进行电路的安全设计和可靠性分析。
包括过压保护、过流保护、温度保护等功能的设计，以及电路的寿命和可靠性评估。
总之，BUCK电路方案设计需要结合实际需求和特点，进行拓扑选择、控制方式选择、反馈控制回路设计、电路参数计算和模拟仿真、电路搭建和调试、安全设计和可靠性分析等工作，最终得到一套满足要求的BUCK电路方案。
电力电子buck电路课程设计
电力电子buck电路课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解Buck电路的基本原理，掌握其工作流程及电路组成。
2. 学生能够掌握Buck电路中关键元件的作用，如二极管、晶体管和电感。
3. 学生能够解释Buck电路的转换效率、电压调整率等关键性能指标。
技能目标：1. 学生能够运用所学知识，设计并搭建简单的Buck电路。
2. 学生能够利用示波器、电源等实验设备对Buck电路进行性能测试，并分析实验数据。
3. 学生能够解决Buck电路在实际应用中遇到的问题，如电路调试、故障排查等。
情感态度价值观目标：1. 学生能够培养对电力电子技术的兴趣，认识到其在生活中的广泛应用。
2. 学生能够树立正确的工程观念，注重实际操作能力和团队合作精神的培养。
3. 学生能够认识到电力电子技术在节能环保方面的重要性，增强社会责任感。
本课程旨在帮助学生掌握Buck电路的基础知识和实际应用，提高学生的实验操作能力和问题解决能力。
针对高中年级学生的特点，课程注重理论与实践相结合，培养学生的工程素养和创新能力。
在教学过程中，注重启发式教学，引导学生主动探索、积极实践，使学生在学习过程中达到课程目标，为后续电力电子技术学习打下坚实基础。
二、教学内容本章节教学内容主要包括以下几部分：1. Buck电路原理介绍：讲解Buck电路的工作原理、电路组成，以及其与其他电力电子电路的区别。
2. 关键元件分析：详细讲解二极管、晶体管和电感在Buck电路中的作用，以及选型和应用要点。
3. 性能指标：介绍Buck电路的转换效率、电压调整率、输出纹波等关键性能指标，并进行对比分析。
4. 电路设计：指导学生根据实际需求，运用所学知识设计Buck电路，包括计算关键元件参数、选择合适元件等。
5. 电路搭建与调试：教授学生如何搭建Buck电路，并进行实验操作，包括电路连接、设备调试、数据采集等。
6. 故障分析与优化：分析Buck电路在实际应用中可能出现的故障，教授学生排查和解决问题的方法。
BUCK电路方案设计
项目2项目名称基于PWM控制Buck变换器设计一、目的1．熟悉Buck变换电路工作原理，探究PID闭环调压系统设计方法。
2．熟悉专用PWM控制芯片工作原理，3．探究由运放构成的PID闭环控制电路调节规律，并分析系统稳定性。
二、内容设计基于PWM控制的Buck变换器，指标参数如下：⏹输入电压：9V～12V；⏹输出电压：5V，纹波<1%；⏹输出功率：10W⏹开关频率：40kHz⏹具有过流、短路保护和过压保护功能，并设计报警电路。
⏹具有软启动功能。
⏹进行Buck变换电路的设计、仿真（选择项）与电路调试。
三、实验仪器设备1. 示波器2. 稳压电源3. 电烙铁4. PC817隔离5. 计算机6. PWM控制芯片SG35257. IRF540_MOSFET 8. MUR1560快恢复整流二极管9. 74HC74N_D触发器 10. LM358放大器11. 万用表 12. 电容、电感、电阻四、研究内容（一）方案设计基于PWM控制的Buck变换器主要由五部分构成，功率主电路、PWM发生电路、MOSFET驱动电路、隔离电路和保护电路组成。
Buck变换器的基本控制思路框图如图1.1所示，总体电路图如图1.2所示。
图1.1 Buck变换器控制框图图1.2 总体电路图1、功率主电路图1.3 功率主电路功率主电路图如图1.3所示，在功率管导通时电管L 上电压为（Vd-Vo)，当功率管关断时时电管L 上电压为(-Vo),由于一个周期之内电感两端电压的积分为0，从而得到：D T t V V son o ==d 从而通过控制占空比D 就可以控制使Vd 从9V 到12V 变化时输出电压Vo 保持在5V[1]。
输入电压Vd=9至12V ，输出电压Vo=5V ，电压纹波△Vo/Vo<1％，输出功率P=10W ，开关频率s f =40kHz参数设定：H C F L V V L D T C H L H D I V T L V V D ms ms f T I V R A A V P I H L D o o D Bo do s B o o B μμμμμ2207610*55.48)1(60__23.18)1(2556.0417.0025.040115.2252510609417.0s 417.0o s s o o 2为选取为选取ΩΩ=-==≈≈∆-=≈-=→===========开关管选择TRF540_MOSFET ，在其栅源级之间加上一定电压MOSFET 导通，当所加压小于导通电压MOSFET 关断；二极管选择MUR1560快恢复整流二极管（NFE516U1560），2.5Ω电阻负载由滑动变阻器提供。
BUCK电路的毕业设计
BUCK电路的毕业设计BUCK闭环PID控制电路实验名称BUCK电路闭环PID设计及实验结果分析主要内容⼀．根据设计要求，进⾏PID补偿⽹络⼀．观察额定负载下的输出波形⼆．对观察出的波形进⾏分析指标（⽬标）要求1.输出电压：7.5V2.输⼊电压为10V. 且在输出电压⼀定的情况下，输⼊电压能尽可能⼤的范围内变化。
3.输出电流：连续但不能超过2.5A4.输出电压纹波峰峰值Vpp<=50mv5.开关频率：2KHZ⼀．BUCK变换器的⼯作原理降压式（buck）变换器是⼀种输出电压等于或⼩于输⼊电压的单管⾮隔离直流变换器。
图1.1给出了它的电路图。
Buck变换器的主要电路由开关管T，⼆极管D，输出滤波电感L和输出滤波电容C构成。
这种电路，电源是电压源性质，负载是电流源性质。
电路完成把直流电压Us转换为较低的直流电压U0的功能。
若晶体管导通时忽略饱和压降，截⽌时忽略晶体管的漏电流，电路的主要⼯作波形如图1.2所⽰：⼆．BUCK电路主要电路参数设计1.占空⽐根据BUCK变换器的性能指标要求及BUCK变换器输⼊输出电压间的关系求出占空⽐：Dc=U0 / Ui =3/42.电感L=(1—Dc).R.f / 2=625uf为保证电感电流连续，电感取值700uf3.电阻R=5.1三．主电路的设计和仿真1.⽤Matlab绘制主电路仿真图为了克服PI环节和PD环节的缺点，并且充分利⽤它们的优点，所以出现了PID调节器，它综合了PI环节和PD环节的优，点，既有PD环节的快速性⼜有PI环节的⽆稳态误差，但是在参数的整定上⽐较⿇烦，当P(⽐例环节)，I(积分环节)，D(微分环节)。
传统PID控制是⼀种线性控制，由于其算法简单实⽤，因此在⼯业过程控制中得到⼴泛的应⽤，并且取得了良好的效果四．实验数据分析Ui U09.5 7.4810 7.4711 7.5013 7.4915 7.5117 7.50根据实验数据可知，输⼊电压在9.5V——17V时，闭环调节的实验效果⽐较明显,基本达到了实验的要求。
BUCK电路设计
BUCK电路设计BUCK电路设计是一种降压直流-直流（DC-DC）转换电路，被广泛应用于电子设备中。
其原理是通过控制功率晶体管的导通时间，将高电压输入转换为较低电压输出。
本文将以一种原创的BUCK电路设计为例，详细介绍其工作原理、设计步骤和关键参数。
一、工作原理：BUCK电路利用了电感元件的性质来实现电压降低，通过周期性的开关来控制电感上的电流。
当功率晶体管导通时，电感储存能量，并将电流传递到负载上；当功率晶体管关断时，电感释放储存的能量，维持电流并维持负载的电压。
二、设计步骤：1.确定输入和输出电压：根据实际应用需求，确定BUCK电路的输入电压和输出电压。
输入电压通常较高，仅能提供相对稳定的直流电源；输出电压通常较低，为电子设备正常工作所需的电压。
2.估算输出电流：根据负载特性和功率需求，估算出所需的输出电流。
输出电流大小决定了电感元件和功率晶体管的选型，以保证电路正常运行。
3.计算电感元件的值：根据输出电流的大小，选择适当的电感元件。
电感元件的值决定了电感的储能能力，传导电流的能力和电路的效率。
根据工作频率和输出电流，可以使用下列公式计算电感值：L = (V_in - V_out) * (1 - D) / (f * ΔI_L)其中，L为电感值，V_in为输入电压，V_out为输出电压，D为占空比，f为开关频率，ΔI_L为电感电流的变化幅度。
4.计算输出电容的值：为了减少输出的纹波电压并提供稳定的电压，需要加入适当的输出电容。
根据输出电流变化的速率和滤波要求，可以使用下列公式计算输出电容的值：C = ΔI_out / (f * ΔV_out)其中，C为输出电容的值，ΔI_out为输出电流的变化幅度，ΔV_out为输出电压的变化幅度。
5.设计反馈网络：为了确保输出电压的稳定性，需要设计一个反馈网络来控制占空比。
一般使用电压反馈方式，通过比较输出电压和参考电压，来控制功率晶体管的导通时间和关断时间，以调节输出电压。
Buck电路的设计与仿真开环设计与仿真Saber
一 Buck电路的开环设计
（1）性能指标； （2）Buck电路的工作原理； （3）Buck电路的开环设计；
（1）性能指标
• DC-DC变换器性能指标： • 输入电压：36-72 VDC（额定48V） • 输出性能：
– 额定输出电压 Vout 28VDC – 输出电流纹波 Vout(p-p) <50mV – 额电定感负 电载 流工电作流于IouCt CM10。A，在负载电流大于2A时，
• 其他性能：
– 开关频率 100kHz
（2）Buck电路的工作原理
• 电路拓扑
QA
+
L
+
Ui
ub b
D C
RL Uo
-
-
• CCM下的电路工作原理
（3）Buck电路的开环设计
• 主电路参数设计
（1）占空比 （2）滤波电感量滤波电感设计 （3）滤波电容 （4）功率器件
占空比
（1）占空比
D m ax
V out V in m in
28 36
0.7 8
D m in
V out V in m ax
28 72
0 .3 9
D nom
V out V innom
28 48
0.5 8
滤波电感设计
• 电感量，2A时（1/5负载），电感电流临界 连续。
L ITL UL
Lmin(CCM)
UILLTmax
28(10.39)10u42.7uH 4
（1）原理图编辑 （2）仿真模拟 （3）仿真结果分析 （4）模型细化
（3）仿真结果分析
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基于单片机的buck电路控制系统的设计
基于单片机的buck电路控制系统的设计引言：随着电力需求的不断增长和环境保护意识的提高，高效节能的电源系统设计成为了当今电子工程领域的热点之一。
在众多电源系统中，基于单片机的buck电路控制系统以其高效稳定的特点备受关注。
本文将详细介绍基于单片机的buck电路控制系统的设计，讨论其原理、优势以及应用领域。
一、buck电路的工作原理buck电路是一种降压型直流-直流（DC-DC）转换器，其工作原理基于功率管的开关控制和能量储存于电感中。
当功率管开启时，电感中的电流增加并储存能量；当功率管关闭时，电感中的能量释放并提供给负载。
通过调节开关频率和占空比，buck电路可以实现输出电压的稳定控制。
二、基于单片机的buck电路控制系统的设计基于单片机的buck电路控制系统通过实时监测输入电压、输出电压和负载电流，并根据设定的控制算法，动态调节buck电路的开关频率和占空比，以实现稳定的输出电压。
1. 系统硬件设计：系统硬件包括单片机、电源电路、传感器和执行器。
单片机作为系统的核心控制单元，负责采集传感器数据、进行控制算法计算，并输出控制信号。
电源电路提供稳定的直流电源，传感器用于监测输入电压、输出电压和负载电流，执行器用于控制buck电路的开关。
2. 系统软件设计：系统软件包括控制算法和用户界面。
控制算法根据实时采集的传感器数据和预设的控制策略，计算出合适的开关频率和占空比，并通过输出信号控制执行器。
用户界面提供了参数设置、数据显示和故障诊断等功能，使用户能够方便地监测和调整系统运行状态。
三、基于单片机的buck电路控制系统的优势1. 高效稳定：通过精确的控制算法和实时的反馈机制，基于单片机的buck电路控制系统能够实现高效稳定的电压输出，提高能源利用率。
2. 灵活可调：控制算法可以根据需求进行优化和调整，以适应不同负载和输入电压条件下的电源需求。
3. 自动保护：系统可以监测电流、电压和温度等参数，一旦超过设定的范围，系统会自动切断电源，以保护电路和负载的安全。
buck电路设计流程
buck电路设计流程Buck电路设计是一种常用的直流电源电路设计，在各种应用中得到广泛应用。
该设计流程主要包括需求分析、选择元件、电路设计、元件计算、原理图绘制、PCB布局、性能评估和电路调试等步骤。
1.需求分析在进行Buck电路设计之前，首先需要明确设计的目的和需求。
需要确定输入电压范围、输出电压要求、输出电流需求、工作环境条件等参数。
根据需求确定Buck电路的基本设计参数。
2.选择元件选择合适的元件对于Buck电路的性能至关重要。
根据设计需求，选择合适的功率MOSFET、电感、电容和二极管等元件。
在选择元件时需要考虑元件的参数、价格、可获得性、功率损耗以及其它性能要求。
3.电路设计在确定了设计目标和选择了合适的元件后，可以开始进行电路设计。
根据Buck电路的基本原理和工作方式，设计电路的拓扑结构。
通常有两种基本结构，即非同步Buck转换器和同步Buck转换器。
对于不同的应用和需求，选择合适的拓扑结构。
4.元件计算根据设计所需的输出电压、输出电流和工作频率等参数，进行元件的计算。
包括计算电感的大小、电容的容值和二极管的额定电流等。
这些计算可以通过手算或使用Buck电路设计软件进行。
5.原理图绘制根据设计得到的电路图，使用电路设计软件绘制出原理图。
原理图应包括所有的元件和连接线，同时要清晰标注元件的型号和参数。
在绘制原理图时，应该符合电气工程的相关规范和标准。
6.PCB布局根据原理图进行PCB板的布局设计。
合理布局可以有效减少电路中的干扰和噪声，并提高电路的可靠性和性能。
在布局设计时，应注意元件之间的距离、信号线和供电线的走向，以及散热和EMC等因素。
7.性能评估在完成PCB布局后，可以进行性能评估。
可以使用模拟电路模拟器或其他测试工具对设计的Buck电路进行性能测试和仿真。
主要考察电路的输出电压稳定性、效率、纹波和响应时间等指标。
8.电路调试通过对布局好的PCB板进行电路调试，对电路进行实际测试。
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Buck变换器设计——作业一．Buck主电路设计1.占空比D计算2.电感L计算3.电容C计算4.开关元件Q的选取二. Buck变换器开环分析三. Buck闭环控制设计1.闭环控制原理2.补偿环节Gc(s)的设计——K因子法3.PSIM仿真4. 补偿环节Gc(s)的修正——应用sisotool5．修正后的PSIM仿真四．标称值电路PSIM仿真五．设计体会Buck变换器性能指标:输入电压：标准直流电压48V，变化范围：43V~53V输出电压：直流电压24V ，5A 输出电压纹波：100mv 电流纹波：0.25A 开关频率：fs=250kHz 相位裕度：60 幅值裕度：10dB一. Buck 主电路设计：1.占空比D 计算根据Buck 变换器输入输出电压之间的关系求出占空比D 的变化范围。
.50V48V 24U U D .4530V 53V 24U U D 0.558V 43V24U U D innom o nommax in o minmin in o max =========2.电感L 计算uH 105f i 2)D U -(U i 2)T U -(U L sL min o inmax Lon(min)o inmax =∆=∆=3.电容C 计算uF25.1250000*1.0*825.0vf 8i C s L ==∆∆=电容耐压值：由于最大输出电压为24.1V ，则电容耐压值应大于24.1V 。
考虑到能量储存以及伏在变化的影响，要留有一定的裕度，故电容选取120uf/50V 电容。
4.开关元件Q 的选取该电路的输入电压是43V~53V ，则开关管耐压值为53V ，电流的最大值为A 25.525.0A 5i I I L o Qp =+=∆+=，其开关频率为KHz 250f =，因此选用的MOSFET 管MTD6N15T4G ，其额定值为A 6/V 150。
Buck 主电路传递函数Gvd （s ）占空比d （t ）到输出电压Vo （t ）的传递函数为：220zinvd /s Q /s 1/s 1U )s (G ωωω+++=其中，CR 1,)C R R /L (1Q ,/R)R LC(11esr z esr 0esr 0=+=+=ωωω取R esr=50m Ω，负载R=4.8Ω，又知L=105uH ，C=120uF ，可求得ω0=8862.7rad/s ，f 0=ω0/2π=1410.5Hz ，Q=4.0269，ωz=166670rad/s ，fz=ωz/2π≈26526Hz 。
22vd 7.8862/s )7.8862*0269.4(/s 1166670/s 1*48)s (G +++=二. Buck 变换器开环分析Matlab 仿真频域特性如下bode 图由上图可得，Gvd(s)的低频增益为33.8dB，截止频率fc=10.2KHz，相位裕度=23<60，相位裕度不足，高频段是-20dB/dec。
1.开环传递函数在低频段的增益较小，会导致较大的稳态误差2.中频段的剪切频率较小会影响系统的响应速度，使调节时间较大。
剪切频率较大则会降低高频抗干扰能力。
3.相角裕度太小会影响系统的稳定性，使单位阶跃响应的超调量较大。
4.高频段是-20dB/dec,抗干扰能力差。
PSIM仿真（1）输入电压为48V时电压仿真波形如下图电压稳定时间大约5毫秒，稳定在24V 电压稳定后的纹波如下图电压稳定后的纹波大约为0.01V电流仿真波形如下图电流稳定时间大约6毫秒，稳定在5A 电流稳定后的纹波如下图电流稳定后的纹波大约为0.002A （2）输入电压变为53V时当输入变为53V 时，输出电压变为了26.5V 。
由仿真结果知，输出电压随输入变化而变化，无法使负载得到稳定的电压。
三. Buck 闭环控制设计1.闭环控制原理+-VinQfC fL RDUoAH(s)Vref+-Gc(s)脉宽调制输出电压采样与电压基准送到误差放大器，其输出经过一定的补偿后与PWM 调制后控制开关管Q 的通断，控制输出电压的稳定，同时还有具有一定的抑制输入和负载扰动的能力。
令PWM 的载波幅值等于1，则开环传递函数为F （s ）=Gvd(s)*H(s)*Gc(s)2.补偿环节Gc(s)的设计——K 因子法补偿环节Gc(s)选用PID 调节器。
)s/1)(s/1()/s 1)(s/1(s )s (G c 2p p12z z1ωωωωω++++=c b K G其中，Kf Kf f ccc c πωωπωωπω2222p 1p 2z 1z =====，，323232p 121p 2112z 331z 311C C C C R 1C R 1)R R (C 1C R 1)C C (R *Gb +==+==+=ωωωωω，，，，K c（1） 确定闭环传递函数F(s)的剪切频率fc为了使系统响应速度较快，那么fc 越大越好；为了抑制开关频率出的干扰，fc 取的越小越好。
因此 fc 要这种考虑。
取fc=16kHz（2） 计算Gb取Vref=12V ，H(s)=1/2,则Gb=1/(Gvd(fc)*H(fc))= 4.5561（3） 计算KGvd(s)在fc=16kHz 处的相位是- 147.6°，有因为buck 变换器的相位裕度指标是60°，取相位裕度为65°所以Φb=60°-180°-（-90°）-（-173°）= 122.6°由公式Φb=2（arctan （√K ）- arctan （1/√K ））得K= 15.3（4） 确定零极点39324022570123200022p 1p 2z 1z ========K f K f f c cc c πωωπωωππω，，（5） 计算元件参数先取R1=1KΩ,Rbias=1KΩ,则由上述结果及公式可解得R2=67Ω，R3=1246Ω，C1=36.37nF，C2=5.96nF，C3=31.2pF3.PSIM仿真电压仿真结果如下图超调量太大，峰值电压达到了39.5V，要对K因子算出的结果进行修正。
4. 补偿环节Gc(s)的修正——应用sisotool（1）把Gvd，Gc，H=0.5放到sisotool中得到K因子法算得的开环传递函数F(s)的bode图如下图幅值裕度为-20.4db，明显不符合要求。
闭环阶跃响应曲线如下图闭环阶跃响应曲线不理想，超调量过大。
（2）修正方法——在sisotool的bode图中调节零极点和曲线位置，找到一个不错的闭环阶跃响应如下图此时的bode图如下图（3）修正后的Gc的fc=55KHz，幅值裕度为无穷大，相角裕度为99.7°，wz1=12821rad/s，wz2=10101rad/s,wp1=393240rad/s, wp2=1996400rad/s,13902=KGcbω得修正后的Gc为)1996400s/1)(393240s/1()10101/s 1)(s/128121(s 13902)s (G c ++++=（4）修正后的参数为R1=Rbias=1K ，R2=33.8Ω，R3=1381.4Ω，C1=75.2nF ，C2=0.364nF ，C3=71.56nF5．修正后的PSIM 仿真（1）额定输入电压，额定负载下的仿真电压响应如下图电压稳定时间大约为1毫秒，稳定值为24V，超调量有所减少，峰值电压减小到了34.75V. 稳定后的电压纹波如下图电压纹波大约为11mV电流纹波如下图电流纹波大约为14mA，符合要求。
（2）额定输入电压下，由半载到满载的仿真电压响应曲线如下图电压调节时间大约0.4ms，纹波不变大约为11mV。
由此可见，输出电压对负载变化的反应速度很快且输出电压稳定。
电流响应曲线如下图（3）额定负载下，输入电压变化时的仿真输入电压从48V变到53V时的电压响应如下图输出电压的局部放大图像如下图由上图可知，输出电压调节时间大约为0.5ms，而且稳压效果好。
四．标称值电路PSIM仿真实际值为R1=Rbias=1K，R2=33.8Ω，R3=1381.4Ω，C1=75.2nF，C2=0.364nF，C3=71.56nF 取标称值为R1=Rbias=1K，R2=34Ω，R3=1370Ω，C1=82nF，C2=36pF，C3=68nF（1）额定输入电压，额定负载下的仿真电压响应如下图电压稳定时间大约为1毫秒，稳定值为24V，峰值电压为34.5V.稳定后的电压纹波如下图电压纹波大约为11mV电流纹波如下图电流纹波大约为14mA，符合要求。
（2）额定输入电压下，由半载到满载的仿真电压响应曲线如下图电压调节时间大约0.4ms，纹波不变大约为11mV。
由此可见，输出电压对负载变化的反应速度很快且输出电压稳定。
（3）额定负载下，输入电压变化时的仿真输入电压从48V变到53V时的电压响应如下图输出电压的局部放大图像如下图由上图可知，输出电压调节时间大约为0.5ms，而且稳压效果好。
五．设计体会通过BUCK变换器的设计，可以看出闭环控制的稳压及抑制干扰的作用。
在设计补偿电路时，K因子法是个不错的方法，简单准确，但难以使开环传递函数同时满足幅值裕度和相角裕度，无法直观的控制闭环阶跃响应。
而且通过K因子法算出的PID传递函数的两个零点必须重合，两个极点也必须重合，这大大限制了PID的调节性能。
可用sisotool对K因子法算出的结果进行修正，从而得到较为理想的幅值裕度、相角裕度和闭环阶跃响应，从而提高PID的调节性能。